Praktikum : Wireless Sensor Networks · PDF fileInstitut für Betriebssysteme und...

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Ulf Kulau, Yannic Schröder, Georg von Zengen, Felix BüschingKeno Garlichs, Johannes van Balen, Alexander Willecke

Praktikum: Wireless Sensor NetworksSommersemester 2015

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Outline

AblaufKurze Einführung in WSN-HardwareOrganisatorisches Ausgabe der Sensorknoten

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Teilnehmer & Ausstattung

Teilnehmer 4 Anmeldungen eingegangenWer noch jemanden kennt: Kann sich ruhig noch melden! Jeder, der angemeldet ist, hat auch einen Platz!

Ausstattung 2 Knoten pro Person für die Einführung Insgesamt sind diverse Knoten verfügbar!

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Kriterien zum Bestehen

Teilnahme am Praktikum Anwesenheit und Beteiligung an den Pflichtterminen

Erfolgreiche Bearbeitung aller Aufgaben

Kein Malus für vorzeitiges Abbrechen Bitte in dem Fall so fair sein und Bescheid geben

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Praktikumsablauf

TutorialEinführung in das Arbeiten mit drahtlosen Sensorknoten

Einarbeitungsaufgabe Jeder für sichKennenlernen der Technik

Teamaufgabe Selbst auswählen (in Absprache mit Betreuern)Zielvereinbarung treffen Selbständig bearbeiten

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Ubiquitous computing

Vision of M. Weiser, XeroxParc

Mainframe Comp.

Humans share a rare resource

Usage explicit, use well prepared

User: Experts

Personal Comp.

PersonalDirect usage

User: Everybody, supported by experts

Ubiquitous Comp.

UbiquitousImplicit usage

User: Everybody

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Fire detection with WSNs - Motivation

FWI – Fire Weather IndexDepends on temperature & relative humidityMeasurable with simple and cheap sensors

(at least temperature)

Moderate surface fire (FWI = 14) Very intense surface fire (FWI = 24) Developing active fire (FWI = 34)

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Fire detection with WSNs – System Architecture

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Challenges in Wireless Sensor Networks

Processing characteristicsComputation Power Throughput

Electrical characteristicsEnergy consumptionEnergy dissipation

Physical characteristics Shape, ergonomics, robustnessDimensions, weight (also of power source)

Physics

Processing

Electronics

Lifetime

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(Partly) Competing Goals

High computation powerHigh transmission rateHigh transmission range High energy consumption

Small size Light weight Low energy capacity

Smaller parts less energy consumption

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Hardware of Wireless Sensor Networks

WSN consist of NodesNodes = Small Computers Processor Energy Source Sensor Transmitter

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Wireless Sensor Node – in general

Wireless Sensor Nodes consist ofn Microcontrollers (usually n = 1)m Radio Transceivers (usually m = 1)Energy Source(s) Battery Solar Panel Energy Harvesting

x Peripherals Sensors ActuatorsMemory / Storage

Microcontroller

Storage

Radio Transceiver

Sensors

Energy Source

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Microcontroller

Microcontroller = Microprocessor + PeripheralsMemoryMain-, program- and data-memory SD-RAM Flash EEPROM

Bus-controller USART, UART, I²C, SPI

Microcontroller

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IEEE-Standards in ISM-f

IEEE 802.11 (WLAN) ~11 Mbit/s ~ 100m operating distance

IEEE 802.15.1 (Bluetooth) ~ 1 Mbit/s ~ 10m operating distance

IEEE 802.15.4 (not only ZigBee) ~ 0.25 Mbit/s ~ 10 m operating distance

Dat

a ra

te

Energy consumption

802.15.4802.15.1

802.11b

Radio Transceiver

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Peripherals

Interfaces Parallel, serial, busAnalog (ADC), digital I/O

Different types of Memory Flash, SD-CardEEPROMRAM

Sensors Temperature, Humidity, Light, Pressure, Acceleration, …

Sensors Storage

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Energy SourceEnergy Source

Battery “normal” AA Batteries Li+-Batteries…

Radio Powered RFID Self powered by radio-”transmission”

Energy HarvestingEnergy from the environment Solar cells, etc.

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INGA – Inexpensive Node for General Applications

ATmega architectureATmega 1284p microcontroller 8 bit RISC architecture , 128 kB Flash, 16 kB SRAM, 4 kB EEPROM 10 bit ADC, separated I²C, JTAG, SPI(s), UART (FTDI-USB)

AT86RF231 Radio TransceiverPeripherals for activity monitoringAccelerometer, Gyroscope Pressure Sensor, Temperature Sensors Flash and SD-Card StorageUSB-Powered Li+-charging

Microcontroller

Storage

Radio Transceiver

Sensors

Energy Source

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New Sensornode – Rear side

AVR Raven HF -part new Radio RF231 Pin compatible HW-Encryption

1284P MCU USB-RS232 Bootloader „Over the Air“-Flashing

Multiplexed 2nd SPI Flash-Memory SD-Card-Slot Inactive powerless

Accelerometer Current sensing

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New Sensornode – Front side

USB-Connector USB-Charging Voltage regulation Voltage sensing Gyroscope Pressure SensorOn/off-Switch Push-Button 2 User-LEDs RS-232 RX/TX-LEDs Battery / Accumulator 2.54 mm expansion

connectors

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Zeitplan – 2015

22.04.2015 – 15:00 - 16:30 – heuteEinführungsveranstaltung + Tutorial Part I24.04.2015 – 15:00 – 16:30 – Freitag Tutorial Part II07.05.2015 – 16:45 – 18:00 Spätestens: Abgabe der ersten AufgabeGruppeneinteilung und Aufgabenvorschläge13.05.2015 – 16:45 – 18:00 – in knapp 4 WochenKick-Off Gruppenarbeit

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Zeitplan – 2015

18.06.2015 – 16:45 – 19:00Zwischenpräsentation Jede Gruppe stellt ihren Zwischenstand vor30.07.2015 – 16:45 (vermutlich)Abschlusspräsentation Jede Gruppe stellt ihr Projektergebnis vorEnde des Praktikums

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Praktikumszeiten

Das Praktikum findet semesterbegleitend statt: also immer!Abgaben einzelner Aufgaben spätestens zu den angegebenen

Terminen

Betreute Übungen (Teilnahme optional)Hiwis sitzen im MicLab – kommt vorbei! Ggf. vorher Termin per Mail vereinbaren

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Kommunikation & Information

Mailingliste: wsn@ibr.cs.tu-bs.deGruppenübergreifende Kommunikation (was alle interessiert)

Webseiten: Informationen, Aufgaben und Daten http://www.ibr.cs.tu-bs.de/courses/ss15/wsn/ (WSN-LAB Seite)

http://www.ibr.cs.tu-bs.de/trac/inga (INGA-Wiki) http://www.ibr.cs.tu-bs.de/trac/wsn (WSN-LAB Wiki)

PersönlichBei den betreuten Übungen Per Mail an wsn-owner@ibr.cs.tu-bs.de

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Teamaufgabe

n Personen (1 < n < 4) bilden eine GruppeAufgabe für die Bearbeitungszeit wählen 13.05.2015 – 30.07.2015 gute 2,5 Monate BearbeitungszeitZielvereinbarung aufschreiben und mit Betreuern abstimmen Eigene Ideen sind Willkommen Zielvereinbarungen ins Wiki

Betreuung Bei den betreuten Übungszeiten Über die Mailingliste

Zwischenpräsentation (18.06.2015) Jede Gruppe hält kurzen Vortrag über den Status ihrer Arbeit

Abschlusspräsentation (30.07.2015)

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Ausgabe der Sensorknoten

2 für jeden TeilnehmerVorsichtig damit umgehen Kosten: ~ 80 Euro pro StückWir haben kaum Ersatz!

Erhalt quittieren 2x INGA 2x USB Kabel

Aufbewahrung: Tupper-Box Pappkarton Etc.